钢屋架设计例题
－、设计资料
某一单层单跨工业长房。厂房总长度为120m，柱距6m，跨度为27m。车间内设有两台中级工作制桥式吊车。该地区冬季最低温度为－20℃。
屋面采用1.5m×6.0m 预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:10。上铺120mm 厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层等。屋面活荷载标准值为0.6kN/㎡，雪荷载标准值为0.75kN/㎡，积灰荷载标准值为0.5kN/㎡。
屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。柱头截面为400mm×400mm，所用混凝土强度等级为C20。
根据该地区的温度及荷载性质，钢材采用Q235―A―F，其设计强度f=215kN/㎡,焊条采用E43 型，手工焊接。构件采用钢板及热轧钢劲，构件与支撑的连接用M20 普通螺栓。屋架的计算跨度：Lo=27000－2×150=26700mm，端部高度：h=2000mm（轴线处），h=2015mm
（计算跨度处）。二、结构形式与布
置
屋架形式及几何尺寸见图1 所示。
图1 屋架形式及几何尺寸
屋架支撑布置见图2 所示。
符号说明：GWJ-（钢屋架）；SC-（上弦支撑）：XC-（下弦支撑）；
CC-（垂直支撑）；GG-（刚性系杆）；LG-（柔性系杆）
图2 屋架支撑布置图
三、荷载与内力计算
1.荷载计算
荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。
永久荷载标准值
放水层（三毡四油上铺小石子）0.35kN/㎡找平层（20mm 厚水泥砂浆）0.02×20=0.40kN/㎡保温层（120mm 厚泡沫混凝土）0.12*6=0.70kN/㎡预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/㎡钢屋架和支撑自重0.12+0.011×27=0.417kN/㎡管道设备自重0.10 kN/㎡
总计 3.387kN/㎡可变荷载标准值
雪荷载0.75kN/㎡积灰荷载0.50kN/㎡
永久荷载设计值 1.2×3.387=4.0644 kN/㎡（由可变荷载控制）
可变荷载设计值 1.4×1.25=1.75kN/㎡
2.荷载组合
设计屋架时，应考虑以下三种组合：
组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载
屋架上弦节点荷载P=(4.0644+1.75) ×1.5×6=52.3296 kN
组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载
屋架上弦节点荷载P
1
=4.0644×1.5×6=36.59 kN
P
2
=1.75×1.5×6=15.75 kN
组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载
屋架上弦节点荷载3.内力计算
P
3
=0.417×1.2×1.5×6=4.5 kN
P
4
=(1.4×1.2+0.75×1.4) ×1.5×6=24.57 kN
本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表1。
由表内三种组合可见：组合一，对杆件计算主要起控制作用；组合三，可能引起中间几根斜腹杆发生内力变号。如果施工过程中，在屋架两侧对称均匀铺设面板，则可避免内力变号而不用组合三。
图3 屋架接点图
四、杆件截面设计
腹杆最大内力，N=-619.16KN，由屋架节点板厚度参考可知：支座节点板刚度取14mm；其余节点板与垫板厚度取12mm。
1.上弦杆
整个上弦杆采用相同一截面，按最大内力计算，N=-1117.37KN
3
* x l t 计算长度： 屋架平面内取节间轴线长度
l Ox =150.8cm
屋架平面外根据支撑，考虑到大型屋面板能起一定的支撑作用，取上弦横向水平
支撑的节间长度： l
Oy =3000cm 因为 l Ox ≈
l Oy ，故截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，见图 4
图 4 上弦截面
设
=60，查轴心受力稳定系数表， =0.807 需要截面积
A * = N . f = 1117.37 ?10 =6440 mm 2 0.807 ? 215
需要回转半径 i x
= l ox = 1508 =2.51 cm
i * l y = ox
60
=
3000 =5.00 cm 60 *
i * 根据需要的
A * 、i x 、 y 查角钢型钢表，初选 2 L 160 ? 100 ? 14，A=6940 mm 2
， i =2.80cm ，
i y =7.86m 。
按所选角钢进行验算
x = l ox = 150.8 =52.9＜[λ]=150
i x
2.8 y = l oy = 300
=38＜[λ]=150 i y 7.86
由于 b 1 / t = 160 / 14 = 11.4＞0.56l oy / b 1 = 0.56 ? 3000 / 160 = 10.5
则： 2 2 = 3.7 b 1 (1 + oy ) = 3.7 ?16 (1+ 300 ?1.42 ) = 44.4 ＜[λ
]=150
yz t
52.7b 4 1.4 52.7 ?164
由于 x > yz > y ，只需求出 min = x ，查轴心受力稳定系数表， x ＝0.8384
N =
x A 1117.37 ?103
0.8384 ? 6940
=192N/ mm 2 <215 N/ mm 2
所选截面合适。
2 .下弦杆 整个下弦杆采用同一截面，按最大内力计算，N=1169.52kN
计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度 l Ox =4500mm
屋架平面外根据支撑布置取 l
Oy =13350mm
2
计算需要净截面面积
A *
= N = 1169.52 ?10 =5439.6 mm 2
f 215
选用 2 L140 ? 90 ? 14（短肢相并），见图 5。
A=6940
mm 2 ，
图 5 下弦截面 i x =2.51cm ，
i y =6.93cm 。 按所选角钢进行截面验算，取
A n = A （若螺栓孔中心至节点板边缘距离大于 100mm ，则可不计截面削弱影响）
N
1169.52 ?103
= A n 6100 =191.7 N/ mm 2 <215 N/ m m 2
x = l ox i x = 450 =179.3<[ ]=250
2.51 y = l oy = 1335
= 192.6<[ ]=350
所选截面满足要求。
i y
3. 端斜杆 B a
6.93
已知 N ＝-619.16kN ， l Ox ＝
l Oy ＝253.9cm 因
为 l Ox ＝ l Oy ，故采用等肢角钢，使 i x ＝ i y 选用角钢 2 L 100 ? 12,见图 6
A ＝4560
mm 2 图 6 端斜杆 Ba
， i x ＝3.03cm ， i y ＝4.64cm
截面刚度和稳定验算
x = l ox = 253.9 = =83.8<[ ]=150
i x 3.03 y =
l oy = 253.9 =54.7<[ ]=150 i y 4.
64
3
l t
由于 b / t = 10 / 1.2 = 83.3 < 0.58l oy / b = 0.58 ? 253.9 / 10 =14.73
0.475b 4 = (1+
) = 54.7(1+ 0.475?104 ) = 57.5 yz y 2 2
oy 253.9?1.2 min = x = 0.6624
3
N =
x A 619.16 ?10 0.6624? 4560
= 205N/ mm 2 <215 N/ mm 2
所选截面满足要求。
填板放两块，
a =84.6 cm ＜40 i x =40×3.03=121.2 c m 4. 斜杆 Bb
已知 N=497.1kN
计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度
l Ox =0.8×l=0.8×2622=2097.6mm 屋架平面外根据支撑布置取 l
Oy =2622mm
选用 2 L100 ? 6，见图 7。
图 7
斜杆 Bb
A=2386 mm 2
， i x =3.10cm ，
i y =4.44cm 。 N 497.1?103 =
A
2368
=208.34 N/ mm 2
<215 N/ mm 2
x = l ox i x
= 209.76 ]=350
3.10 y = l oy = 262.2 = 59.1<[
]=350 所选截面满足要求。
i y
4.44
填板放两块，
a =87.4cm ＜80 i
x
=80×3.10=248cm 5.再分腹
杆 c1G
N 1 = N c 1 =-252.991kN ， N 2 = N G 1 =-208.6kN ，
1 =4174 mm
计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度
l Ox =0.8×l=0.8×2087=1669.6mm 屋架平面外根据支撑布置取 l Oy = 1 （0.75+0.25 N 1 ）=4174（0.75+0.25 252.99 ）=4396mm N 2
选用 2 L100 ? 6，见图 8。
208.6
l t x 0
腹杆 c1G
图 9
中竖杆 Je
图 8
再分
A=2386 mm 2
， i x =3.10cm ，
i y =4.44cm 。 x = l ox i x
= 166.96 =53.9<[ ]=350
3.10 y = l oy = 439.6 = 99<[
]=350 i y 4.44
由于 b / t = 10 / 0.6 = 16.7 < 0.58l oy / b = 0.58 ? 439.6 / 10 =25.5
0.475b 4
= (1+
) = 99(1+ 0.475?104
) = 105.8
yz
y
2 2
oy
439.62 ? 0.62
min = yz = 0.5182
3
N =
yz A 252.99 ?10 0.5128? 2386
= 204.6N/ mm 2 <215 N/ mm 2 所选截面满足要求 填板放两块，
a =109.9cm ＜40 i x =40×3.10=124cm 6.中竖杆 Je 已知 N ＝0， l 0 = 0.9l ＝0.9 ? 335＝301.5cm 中间竖杆选用 2 L75 ? 6 的角钢，并采用十字形截面，见图 9 A=17.6 cm 2 , i = 2.45 cm,
ox =
l o i x 0 = 301.5
2.91
=103.6<[ ]=150 所选截面满足要求
填板放五块，
a =60.3cm ＜40 i =40×2.45=98cm 其余各杆件截面选择过程不一一列出，计算结果见表
2
x 0
9
f w w
w w
五、节点设计 用 E43 焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值 各杆件内力由表 2 查得，最小焊缝长度不应小于 8h f 1. 下弦节点 b 见图 10
f w = 160N / mm 2
图 10 下弦节点 b
（1） 斜杆 Bb 与节点的连接焊缝计算： N=497.1kN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 6mm 和 5mm 。所需焊缝长度为：
2
? 497.1?103
肢背： l w = 3
2 ? 0.7 ? 6 ?160 1
? 497.1?103 +12=285.6mm ，取 l w ＝270mm
肢尖： l ` = 3 2
? 0.7 ? 5 ?160
+10=158mm ，取 l ` ＝170mm
（2） 斜杆 Db 与节点的连接焊缝计算： N=412.77kN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 6mm 和 5mm 。所需焊缝长度为
2
? 421.77 ?103
肢背： l w = 3
2 ? 0.7 ? 6 ?160 1
? 412.77 ?103 +12=216.7，取 l w ＝250mm
肢尖： l ` = 3 2
? 0.7 ? 5?160
+10=132.8，取 l ` ＝150mm （3）竖杆 Cb 与节点板连接焊缝计算：N = 55.48kN
因其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸 h f =5mm 焊缝长度 l w ≥ 40mm ，取 l w =60mm
（4）下弦杆与节点板连接焊缝计算：焊缝受力为左右下弦杆的内力差 △N=1828.87-329＝499.87KN ，设肢尖与肢背的焊脚尺寸为 6mm ，所需焊缝长度为：
2
? 499.87 ?103
肢背：
肢尖： l `
l w = 3 2 ? 0.7 ? 6 ?160 1
? 499.87 ?103
= 3 +12=260，取 l w ＝300mm
+12=136，取 l ` ＝150mm
w 2 ? 0.7 ? 6 ?160 w
（5）节点板尺寸：根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙和制作装配等误差，
按比列作出构造详图，从而定出节点尺寸。如图 11 所示
f 图11 节点板b 尺寸图12 上弦节点B
2 .上弦节点B
（1）斜杆Bb 与节点板连接焊缝计算，与下弦节点b 中Bb 杆计算相同。（2）斜杆Ba 与节点板连接焊缝计算，N=619.16kN。设肢背与与
肢尖的焊脚尺寸分别为10mm 和6mm。所需焊缝长度为
2
? 619.16 ?103
肢背：肢尖：l`l w = 3
2 ? 0.7 ?10 ?160
1
? 619.196 ?103
= 3
+20=184.27，取l
w
＝200mm
+12=165.6，取l ` ＝180mm
w 2 ? 0.7 ? 6 ?160 w
（3）上弦杆与节点板连接焊缝计算：为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm。用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P 与上弦垂直。
假定集中荷载P 由槽焊缝承受，P=55.3296kN，焊脚尺寸为5mm
所需槽焊缝长度为:
l w =
P
2 ? 0.7 ? h
f
?f w
+10= 52.3296?103
2 ? 0.7 ? 5?160
+10=59.51mm ,取l
w
=65mm
上弦杆尖焊缝受力为左右上弦杆的内力差△N=619.38-0.0＝619.38kN 偏心距 e =100-24.3＝75.7mm
设肢尖焊脚尺寸8mm，设需焊缝长度为480mm，则
3
f W f = N
2h e ∑
l w =
616.3?10 2 ? 0.7 ? 8 ?( 480 -16 )
3
= 118.6N / mm 2 M
o f =
F = 6 ? 619.38? 10 ? 68.8 2 ? 0.7 ? 8?( 480 -16 )2 = 116.1N / mm 2 o f ( 1.22 )2 + ( f )2 = (
118.6 )2
+116.12 = 150.1N / mm 2 < 160N / mm 2 1.22
（4）节点板尺寸：方法同前，如图 13 所示
图 13 节点板 B 尺寸
3. 屋脊节点 J 见图 14
图 14
屋脊节点 J
（1） 弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：弦杆一般用与上弦杆同号角钢进行拼接，为使拼接角
钢与弦杆之间能够密合，并便于施焊，需将拼接角钢进行切肢、切棱。拼接角钢的这 部分削弱可以靠节点板来补偿。拼接一侧的焊缝长度可按弦杆内力计算。
N=1117.37KN ，设肢尖、肢背焊脚尺寸为 8mm ，则需焊缝长度为
l = N + 16 = 1117.37 ?103
+ 16 = mm ，取
l =375mm w 4 ? 0.7 ? h ? f w
2 ? 0.7 ? 8 ?160 w 拼接角钢长度取 2 ? 375+50＝800mm
（2）弦杆与节点板的连接焊缝计算：上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载 上弦肢尖与节点板用角焊缝，按上弦杆内力的 15%计算。N=1117.37 ? 15%＝1167.6kN ，设焊 脚尺寸为 8mm ，弦杆一侧焊缝长度为 250 mm ，
f
3
w w
W = N
=
f ∑
167.6 ?10 = 64N / mm 2 2h
e l w 2 ? 0.7 ? 8 ?( 250 -16 )
3
M
o f =
F
= 6 ? 167.6 ?10 ? 68.8 2 ? 0.7 ? 8?( 250 -16 )2 = 124.1N / mm 2 o f ( 1.22 )2 + ( f )2 = (
124.1 )2
+ 642 = 120.2N / mm 2 < 160N / mm 2 1.22
（3）中竖杆与节点板的连接焊缝计算：N=0kN 此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸 h f =5mm 焊缝长度 l w ≥ 40mm ，取 l w =60mm （4）斜杆 J2 与节点板连接焊缝的计算 N=164.55KN ，设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 6mm 和 5mm ，所需焊缝长度为：
2
?164.55?103
肢背： l w = 3 2 ? 0.7 ? 6 ?160 1
?164.55 ?103
+12 = 81.6mm ，取 l w =100 mm
肢尖： l ` = 3 2 ? 0.7 ? 5?160
+ 10 = 50mm ，取焊缝长度 l ` =60mm （4）节点板尺寸：方法同前，如图 15 所示
图 15 节点板 J 尺寸
4 .下弦跨中节点 e 见图 16
图 16 下弦跨中节点 e
（1）弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：拼接角钢与下弦杆截面相同，传递内力 N=1012.51kN
设肢尖、肢背焊脚尺寸为 8mm ，则需焊缝长度为
f
w w
w l =
N
+ 16 = 1012.51?103
+ 16 = 298.5mm ，取
l =300mm w
4 ? 0.7 ? h ? f w 2 ? 0.7 ? 8?160 w 拼接角钢长度不小于 2 ? 300+12=612mm
（2）弦杆与节点板连接焊缝计算：按下弦杆内力的 15%计算。 N = 1012.51?15% = 151.9kN 设肢背、肢尖焊脚尺寸为 6mm ，弦杆一侧需焊缝长度为
2
?151.9 ?103
肢背： l w = 3 2 ? 0.7 ? 6 ?160 +12 = 87.4mm ，取 l w =90mm
肢尖 l ` 1 ?151.9 ?103 = 3 2 ? 0.7 ? 6 ?160
+12 = 49.6mm ：，按构造要求，取焊缝长度 l `
≥ 48mm ，
取 l ` =60mm
（4）节点板尺寸：方法同前，如图 17 所示
图 17 节点板 e 尺寸
5 .端部支座节点 a
图 18 支座节点 a
（1）为便于施焊，下弦角钢水平肢的底面与支座底板的距离一般不小于下弦伸出肢的宽度， 故可取为 160mm 。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相同，厚度同 端部节点板为 14mm 。
f
6 ?14672.9 / 215 2 c f
F 支座底板计算：支座反力
R = [52.3296?18.9 + 0.5? 2 ? 52.3296]/ 2 = 552.01kN
取加劲肋的宽度为 80mm ，考虑底板上开孔，按构造要求取底板尺寸为 280mm ? 400mm ，偏 安全地取有加劲肋部份的底板承受支座反力，则承压面积为
A = 280
?( 2 ? 80 +12 ) = 59920mm 2 验算柱顶混凝土的抗压强度：
3
o =
R A n
=
552.01?10 59920 = 9.2N / mm 2 < f c = 9.6N / mm 2
(满足)
底板的厚度按支座反力作用下的弯矩计算,节点板和加劲肋将底板分为四块，每块板为两边支
承而另两块相邻边自由的板，每块板的单位宽度的最大弯矩为
M = 2
式中 --------底板下的平均应力， =9.2N/ mm 2
2 --------两边支承对角线长， 2 =
(140 -14 / 2 )2 + 1002 = 166.4mm
--------系数，由 b 2 / 2 决定。 b 2 为两边支承的焦点到对角线 2 的垂直距离。由相似三角形
的关系，得 b 2 = 140 ?100 166.4
=84.1mm
b 2 / 2 =0.46 ，查表得 ＝0.0576
M=0.0576 ?9.2 ? 166.4 2
＝14672.9 N ? mm
底板厚度 6M / f = =20.2mm, 取 t=25mm
（2） 加劲肋与节点板的连接焊缝计算：偏安全地假定一个加劲肋的受力为支座反力的 1/4，
则焊缝受力
V =
552.01?10 4
= 138?103 N
M = Ve = 138?103 ? 45.7 = 6.555?106 N.mm
设焊缝尺寸为 6mm ，焊缝长度 210mm ，
N
f =
=
138?103 = 63.72N / mm 2
2h e
∑l
w
2 ? 0.7 ? 6 ? ( 210 -16 )
= M
= 6 ? 4.93 ? 106
= 93.57N / mm 2
W 2 ? 0.7 ? 6 ? (200 - 16) 2
o f
( 1.22 )2
+ ( f )2
= = 128.3N / mm 2 < 160N / mm 2
加劲肋高度不小于 210mm 即可
（3）节点板加劲肋与底板的连接焊缝计算：设底板连接焊缝传递全部支座反力 R=552.01kN
( 6 ? 6.555?10 6 138?10 3
1.22 ? 2 ? 0.7 ? 6 ?1982
)2 + ( 2 ? 0.7 ? 6 ?198 )2 3
w
w
w w
节点板、加劲肋与底板连接焊缝总长度:
∑l
w = 2
?( 300 -16 ) + 4 ?(100 -16 - 20 ) = 824mm 设焊缝尺寸 8mm ，验算焊缝应力
R
o f =
=
552.01?10 = 98.055N / mm 2
，满足要求 1.22 ? h e
∑
l w 1.22 ? 0.7 ? 8 ? 824
（4）下弦杆、腹杆与节点板的连接焊缝计算： ①竖杆与节点板的连接焊缝计算：
N=26.33KN ， 焊缝尺寸可按构造确定，焊脚尺寸
h f = 5mm ，焊缝长度 l w ≥ 40mm 。
① 斜杆 Ba 与节点板连接焊缝计算，同上 肢背： l =170mm ，肢尖： l ` ＝140mm
② 下弦杆与节点板连接焊缝计算：
N=244.3KN ，设焊缝尺寸 8mm ，需要焊缝长度为 2
? 244.3 ? 103 3
肢背： l w =
肢尖： l ` = 2 ? 0.7 ? 6 ? 160
1
? 101.81? 103 3 2 ? 0.7 ? 6 ? 160
+ 12 = 133.18mm ，取 l w =140mm
+ 12 = 37.25mm ， l ` ＝80mm 六、施工图（略）
3
《钢结构》课程设计任务书 1．题目：18m跨厂房普通钢屋架设计 2．目的 通过钢结构课程设计，进一步了解钢结构的结构型式、结构布置、受力特点和构造要求等；综合应用钢结构的材料、连接和基本构件的基本理论、基本知识，进行钢屋架的设计计算。 3．设计资料 某厂房跨度为18m，总长度90m，柱距6m；厂房内设有两台300/50kN中级工作制桥式吊车，地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为6度；屋架采用梯形钢屋架，屋架下弦标高为18m,两端铰支在钢筋混凝土柱上，混凝土柱上柱截面尺寸为400×400mm，混凝土强度等级为C30，屋面坡度i=1/10；采用1.5×6.0m预应力混凝土屋板,屋架采用的钢材为Q235B,焊条为E43型；屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附图所示。 荷载：①屋架及支撑自重：按经验公式g k=0.12+0.011L，L为屋架 为屋架及支撑自重，以kN/ 跨度，以m为单位，g k m2为单位； ②屋面活荷载：屋面活荷载标准值为0.5k N/m2，雪荷载标 =0.35kN/m2，屋面活荷载与雪荷载不同时考虑， 准值为s k 取两者的较大值；积灰荷载0.9k N/m2根据不同学号按附 表取。 ③屋面各构造层的荷载标准值： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层0.4KN/m2 水泥砂浆找平层0.6KN/m2 保温层0.45KN/m2(按附表取) 一毡二油隔气层0.05KN/m2 水泥砂浆找平层0.3KN/m2 预应力混凝土屋面板 1.55KN/m2
屋架杆件的内力系数 1 02 .279 a . 18米跨屋架几何尺寸 b . 18米跨屋架全跨单位荷载 作用下各杆件的内力值A a c e g e 'c 'a ' +2 . 5 3 7 . 0- 4 . 3 7 1- 5 . 6 3 6- 4 . 5 5 1- 3 . 3 5 7- 1 . 8 5 00 . 0 - 4 . 7 5 4 - 1 . 8 6 2 + . 6 1 5 + 1 . 1 7 + 1 . 3 4 4 + 1 . 5 8 1 + 3 . 1 5 8 + . 5 4 - 1 . 6 3 2 - 1 . 3 5 - 1 . 5 2 - 1 . 7 4 8 -1 . 0-1 . + 0. 4 6 0. 0. -0 . 5 +5 . 3 2 5+5 . 3 1 2+3 . 9 6 7+2 . 6 3 7+0 . 9 3 3 B C D E F G F 'E 'D'C' B 'A ' 0 . 51 . 01 . 01 . 01 . 01 . 01 . c . 18米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值
长沙理工大学继续教育学院梯形钢屋架课程设计 年级： 专业： 姓名： 学号： 指导老师：
时间：2017 年月日
目录 课程设计任务书 (1) 一、设计资料： (2) 二、屋架几何尺寸及檩条布置 (3) 三、支撑布置 (4) 四、荷载与内力计算 (5) 五、杆件截面设计 (9) 六、节点设计 (17) 七、填板设计 (35)
长沙理工大学继续教育学院课程设计任务书
一、设计资料： 1、某车间跨度为18m,厂房总长度90m，柱距6m。 2、采用1.5m×6m，预应力钢筋混凝土大型屋面板，Ⅱ级防水，卷材屋面桁架，板厚100mm，檩距不大于1800mm。檩条采用冷弯薄壁斜卷边 C 形钢C220×75×20×2.5，屋面坡度i=l/10。 3、钢屋架简支在钢筋混凝土柱顶上，柱顶标高18.000m，柱上端设有钢筋混凝土连系梁。上柱截面为450mm×450mm，所用混凝土强度等级为C30，轴心f＝14.3N/mm2。抗风柱的柱距为6m，上端与屋架上弦用板抗压强度设计值 c 铰连接。 4、钢材用Q235，焊条用E43 系列型。 5、屋架采用平坡梯形屋架，无天窗，外形尺寸（取一半）如图1 所示。
图1 二、屋架几何尺寸及檩条布置 1、屋架几何尺寸 屋面采用1.5m×6m的钢筋混凝土大型屋面板和卷材屋面，采用梯形屋架； 屋架上弦节点用大写字母A, B, C…连续编号，下弦节点以及再分式腹杆节点用小写字母a, b, c…连续编号。 由于梯形屋架跨度L 30m 24m ，为避免影响使用和外观，制造时应起拱 f L / 500 60mm 。 屋架计算跨度l0L 2 0.15 30 2 0.15 29.7m 。跨中高度H 0=h0+i l0 /2=3585mm。 为使屋架上弦节点受荷，腹杆采用人字式，下弦节点的水平间距取1.5m,起拱后屋架杆件几何尺寸和节点编号如图 2 所示（其中虚线为原屋架，实线为起拱后屋架）。 图2
第一章：设计资料 某单跨单层厂房，跨度L＝24m，长度54m，柱距6m，厂房内无吊车、无振动设备，屋架铰接于混凝土柱上，屋面采用1.5*6.0m太空轻质大型屋面板。钢材采用Q235－BF，焊条采用E43型，手工焊。柱网布置如图2.1所示，杆件容许长度比：屋架压杆【λ】＝150 屋架拉杆【λ】＝350。 第二章：结构形式与布置 2.1 柱网布置 图2.1 柱网布置图 2.2屋架形式及几何尺寸 由于采用大型屋面板和油毡防水屋面，故选用平坡梯形钢屋架，未考虑起拱时的上弦坡度i＝1/10。屋架跨度l＝24m，每端支座缩进0.15m，计算跨度l0＝l－2*0.15m＝23.7m；端部高度取H0＝2m，中部高度H ＝3.2m；起拱按f＝l0/500，取50mm，起拱后的上弦坡度为1/9.6。 配合大型屋面板尺寸（1.5*6m），采用钢屋架间距B＝6m，上弦节间尺寸1.5m。选用屋架的杆件布置和尺寸如施工图所示。
图2.2 屋架的杆件尺寸 2.3支撑布置 由于房屋较短，仅在房屋两端5.5m开间内布置上、下弦横向水平支撑以及两端和中央垂直支撑，不设纵向水平支撑。中间各屋架用系杆联系，上下弦各在两端和中央设3道系杆，其中上弦屋脊处与下弦支座共三道为刚性系杆。所有屋架采用统一规格，但因支撑孔和支撑连接板的不同分为三个编号：中部6榀为WJ1a ,设6道系杆的连接板，端部第2榀为WJ1b，需另加横向水平支撑的的连接螺栓孔和支撑横杆连接板；端部榀（共两榀）为WJ1c。 图2.3 上弦平面
12 1 2 1---1 2---2 图2.3下弦平面与剖面 第三章：荷载计算及杆件内力计算 3.1屋架荷载计算 表3.1 屋架荷载计算表 3.2屋架杆件内力系数 屋架上弦左半跨单位节点荷载作用下的杆件内力系数经计算如图所示。屋架上弦左半跨单位节点荷载、右半跨单位节点荷载、全跨单位节点荷载作用下的屋架左半跨杆件的内力
普通 1.屋架简图及几何尺寸 24m 跨度梯形钢屋架，端部高度2.0m ，跨中高度3.0m ,屋面坡度12/1=i ，屋架间距6m ，屋架两端与钢筋混凝土柱连接（房屋总长度60m ）。屋架上、下弦连有横向支撑和 竖向支撑。采用大型屋面板mm m m 120,65.1?泡沫混凝土保温层、防水层及找平层。屋面雪荷载为2 /40.0m kN 。柱用混凝土强度等级为20C ，钢材为235Q ，焊条采用425E （图2－1）。 2.屋架内力计算 大型屋面板 2 /68.14.12.1m kn =? mm 20厚防水层及找平层 2 /90.075.02.1m kN =? mm 80厚泡沫混凝土保温层 2/60.050.02.1m kN =? 屋架和支撑自重 2/42.035.02.1m kN =? 屋面雪荷载 2/56.040.04.1m kN =? 图2－1 屋架内力及几何长度 屋架上弦荷载计算： kN P 88.7463]56.042.060.090.068.1[=??++++= 半跨雪荷载时的荷载组合在本屋架计算中不起控制作用，故计算从略，只计算永久荷载加全跨可变荷载的荷载组合（表2－1）。
上弦节间因屋面板 1.5m 宽，故有节间荷载引起的弯矩，端节间的正弯矩0 18.0M M =（0M 为简支梁计算出来的弯矩），其他节间的正弯矩和节点负弯矩均为016.0M M =。 节间屋面板的集中荷载为： kN P 44.3788.742 1 21=?= m kN Pd M .341.21485 .244.378.045.08.01=??=?= m kN Pd M .006.164 85 .244.376.045.06.01=??=?= 3.杆件截面的选择 上弦杆截面选择，采用相同截面，以最大内力来计算： m kN M kN N .006.16,882.5872max =-= 计算长度在屋架平面内cm l x 3010=，屋架平面外因有大型屋面板与屋架焊牢， cm l y 1510=。选用两个等肢角钢101402?L ，相并成T 形，截面几何特征： 19.6,34.4,746.54373.2722 ===?=y x i cm i cm A （节点板厚mm 12） 15039.2419 .6151,15035.6934.4301 00<===<===y y y x x x i l i l λλ 查附录 得b 类截面轴心受压构件的稳定系数956.0,755.0==y x ??。 双角钢在弯矩作用平面内最大纤维净截面模量为： 3 max 46.26973.1342cm W =?= 按照公式（2－ ）计算截面强度，查目录 中05.1=x γ。强度验算： 2 23 3/215/95.16310 46.26905.110160066.5474587882mm N mm N W M A N nx x x n <=???+=+γ
钢结构课程设计指导书 （梯形钢屋架） 土木工程学院钢结构教研室
钢结构课程设计指导书 绪言课程设计目的要求 课程设计是一个重要的教学过程，是对学生知识和能力的总结。要求学生通过钢结构课程设计，进一步了解钢结构的结构型式、结构布置和受力特点，掌握钢结构的计算简图、荷载组合和内力分析，掌握钢结构的构造要求等。要求在老师的指导下，参考已学过的课本及有关资料，综合应用钢结构的材料、连接和基本构件的基本理论、基本知识，进行整体钢结构设计计算，并绘制钢结构施工图。 第一节 钢结构课程设计题目 一、设计题目 某24m跨度车间钢屋架设计。 二、 设计任务 1、选择钢屋架的材料 2、确定屋架形式及几何尺寸 3、屋盖及支撑的布置 4、钢屋架的结构设计 5、绘制钢屋架施工图及材料表 三、 设计资料 某厂一金工车间跨度24m，长度为90m，柱距6m，内设两台50/5t中级工作制桥式吊车，设防烈度为7度。屋面采用1.5×6.0m大型屋面板。20mm厚水泥砂浆找平，上铺80mm厚泡沫混凝土保温层；三毡四油防水层，上铺小石子。屋面坡度i=1/10。屋面活荷载标准值0.7kN/m2，雪荷载标准值0.5 kN/m2，积灰荷载标准值0.3 kN/m2。屋架铰接于钢筋混凝土柱上，上柱截面b×h=400×400mm，混凝土强度等级为C20。 第二节 钢屋架设计计算 一、材料选择 根据荷载性质，钢材可采用Q235-A.F，要求保证屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯试验及碳、硫、磷含量合格。屋架连接方法采用焊接，焊条可选用
E43型，手工焊。 二、屋架形式及几何尺寸 因屋面采用混凝土大型屋面板，屋面坡屋i＝1／10，故宜采用梯形屋架。 屋架计算跨度应取l。=l-2×150=24000-300=23700mm。 屋架端部高度H。与屋架中部高度及屋面坡度相关，我国常将H。取为1.8～2.1m等较整齐的数值，以利多跨屋架时的屋面构造。可取H。=1990mm。 为使屋架上弦只受节点荷载，腹杆体系采用节间为3m的人字形式，屋面板传来的荷载，正好作用在节点上，使之传力更好。 屋架跨中起拱l／500 ，可取50mm。 三、支撑布置 根据车间长度，屋架跨度，荷载情况，以及吊车设置情况，宜布置三道上、下弦横向水平支撑，垂直支撑和系杆，屋脊节点及屋架支座处沿厂房通长设置刚性系杆，屋架下弦沿跨中通长设一道柔性系杆。凡与支撑连接的屋架可编号为GWJ—2，其它编号均为GWJ—l。 四、荷载和内力计算 1、荷载计算 屋面活荷载与雪载一般不会同时出现，可取其中较大者进行计算。 屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）可按经验公式计算。 荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，对重屋盖可不考虑，所以各荷载均按水平投影面积计算。 2．荷载组合 设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合： （1） 全跨永久荷载+全跨可变荷载 （2） 全跨永久荷载+半跨可变荷载 （3） 全跨屋架与支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载 3. 内力计算 按图解法、解析法、电算法均可计算屋架各杆内力。 先求出单位荷载作用于各节点时的内力，即内力系数，然后可求出当荷载作用于全跨及半跨各节点时的杆件内力，并求出三种荷载组合下的杯件内力．取其中不利内力（正、负最大值）作为设计屋架的依据。可列表计算。 跨中附近斜腹件的内力发生变号，由于考虑了施工阶段荷载的不利分布。
一、设计资料 温州地区某一单跨厂房总长度60m，纵向柱距6m，跨度18m。建筑平面图如图1所示。 1.结构形式: 钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度i=1/10； L为屋架跨度。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，屋架下弦标高为18m； 厂房内桥式吊车为1台30t（中级工作制）。 2. 屋架形式及材料: 屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附图2所示。屋架采用的钢材为Q235钢，并具有机械性能：抗拉强度、伸长率、屈服点、180℃冷弯试验和碳、硫、磷含量的保证；焊条为E43型，手工焊。 3. 荷载标准值（水平投影面计） ①永久荷载： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.5 KN/m2 水泥砂浆找平层 0.5 KN/m2 保温层0.55 KN/m2 一毡二油隔气层 0.05 KN/m2 水泥砂浆找平层 0.4 KN/m2 预应力混凝土大型屋面板 1.4 KN/m2 屋架及支撑自重：按经验公式0.120.011 q L =+计算： 0.318 KN/m2 悬挂管道： 0.15 KN/m2 ②可变荷载： 屋面活荷载标准值：2 7.0m kN / 雪荷载标准值： 0.35KN/m2 积灰荷载标准值： 1.2 KN/m2 厂房平面图
.51507.5 9 内力系数图 二、屋盖支撑布置 1、上弦横向水平支撑 上弦横向水平支撑布置在房屋两端的第二开间，沿屋架上弦平面在跨度方向全长布置。考虑到上弦横向水平支撑的间距大于60m,应在中间柱间增设横向水 平支撑。 2、下弦横向水平支撑 屋架跨度为18m,应在上弦横向水平支撑同一开间设置下弦横向水平支撑，
钢结构课程设计 学生姓名： 学号： 所在学院：机电工程学院 专业班级： 指导教师： 2013年7月
《钢结构设计》课程设计任务书 1. 课程设计题目普通钢屋架设计 2. 课程设计的目的和要求 课程设计的目的是加深学生对钢结构课程理论基础的认识和理解，并学习运用这些理论知识来指导具体的工程实践，通过综合运用本课程所学知识完成普通钢屋架这一完整结构的设计计算和施工图的绘制等工作，帮助学生熟悉设计的基本步骤，掌握主要设计过程的设计内容和计算方法，培养学生一定的看图能力和工程图纸绘制的基本技能，提高学生分析和解决工程实际问题的能力。 3. 课程设计内容和基本参数（各人所取参数应有不同） （1）结构参数：屋架跨度18m，屋架间距6m, 屋面坡度1／10 （2）屋面荷载标准值（kN/m2） （3）荷载组合1）全跨永久荷载＋全跨可变荷载 2）全跨永久荷载＋半跨可变荷载 （4）材料钢材Q235B.F，焊条E43型。
屋面材料采用1.5m×6.0m太空轻质大型屋面板。 4. 设计参考资料（包括课程设计指导书、设计手册、应用软件等） （1）曹平周，钢结构，科学文献出版社。 （2）陈绍蕃，钢结构（下）房屋建筑钢结构设计，中国建筑工业出版社。 5. 课程设计任务 完成普通钢屋架的设计计算及施工图纸绘制，提交完整规范的设计技术文档。 5.1设计说明书（或报告） （1）课程设计计算说明书记录了全部的设计计算过程，应完整、清楚、正确。 （2）课程设计计算说明书应包括屋架结构的腹杆布置，屋架的内力计算，杆件的设计计算、节点的设计计算等内容。 5.2技术附件（图纸、源程序、测量记录、硬件制作） （1）施工图纸应包括杆件的布置图、节点构造图，材料明细表等内容。 （2）图面布置要求合理，线条清楚，表达正确。 5.3图样、字数要求 （1）课程设计计算说明书应装订成一册，包括封面、目录、课程设计计算说明书正文、参考文献等部分内容。 （2）课程设计计算说明书可以采用手写。 （3）施工图纸要求采用AutoCAD绘制或者手工绘制。 6. 工作进度计划（19周～20周）
钢结构设计原理与施工课程设计――钢结构厂房屋架 指导教师： 班级： 学生姓名： 学号： 设计时间：2011年6月7号 浙江理工大学科技与艺术学院建筑系
梯形钢屋架课程设计计算书 一.设计资料： 1、车间柱网布置：长度60m ；柱距6m ；跨度24m 2、屋面坡度：1：10 3、屋面材料：预应力大型屋面板 4、荷载 1）静载：屋架及支撑自重0.384KN/m 2；檩条0.2KN/m 2；屋面防水层 0.1KN/m 2； 保温层0.4vKN/m 2；大型屋面板自重（包括灌缝）0.85KN/m 2；悬挂管道0.05 KN/m 2。 2）活载：屋面雪荷载0.35KN/m 2；施工活荷载标准值为0.7 KN/m 2；积灰荷 载1.2 KN/m 2。 5、材质Q235B 钢，焊条E43系列，手工焊。 二 .结构形式与选型 1.屋架形式及几何尺寸如图所示 : 拱50 根据厂房长度为60m 、跨度及荷载情况，设置上弦横向水平支撑3道，下弦由于 跨度为24m 故不设下弦支撑。
2.梯形钢屋架支撑布置如图所示： 3.荷载计算 屋面活荷载0.7KN/m2进行计算。 荷载计算表
荷载组合方法： 1、全跨永久荷载1F＋全跨可变荷载2F 2、全跨永久荷载1F＋半跨可变荷载2F 3、全跨屋架（包括支撑）自重3F＋半跨屋面板自重4F＋半跨屋面活荷载2F 4．内力计算 计算简图如下
屋架构件内力组合表 4．内力计算 1.上弦杆 整个上弦采用等截面，按FG 杆件的最大设计内力设计，即N=－895.731KN 上弦杆计算长度： 在屋架平面内：0x 0l l 1.508m ==，0y l 2 1.508 3.016m ==× 上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。 腹杆最大内力N=－520.651KN ，中间节点板厚度选用6mm ，支座节点板厚度选用8mm
. 1.设计资料 某车间厂房总长度约为108米,跨度为18m。车间设有两台30吨中级工作制吊车。车间无腐蚀性的介质。该车间为单跨双坡封闭式厂房,屋架采用三角形豪式钢屋架。屋面坡度为1：3，屋架间距为6m,屋架下弦标高为9米，其两端铰支于钢筋 混凝土柱上，上柱截面尺寸为400mm×400mm,混泥土强度等级为C20。屋面采用彩色压型钢屋板加保温层屋面，C型檩条，檩距为1.5～2?。屋面的活荷载为kNm=1.0，屋面的恒荷载的标准值为0.5γ2.1米。结构的重要度系数为022??，不考虑积灰荷载、风荷载，不考虑全跨荷载积雪不均匀分布m，雪荷载为0.350.2 kN kNm状况。屋架采用Q235B，焊条采用E43型。 2.屋架形式及几何尺寸 1′°2618=檩距arctan,=屋架形式及几何尺寸如图檩条支承于屋架上弦节点。屋架坡角为α3。为1.866m 屋架形式和几何尺寸1 图 支撑的布置3.上、下弦横向水平支撑设置在厂房两端和中部的同一柱间，并在相应开间的屋架跨中设置垂直支撑，在其余开间的屋架上弦跨中设置一道通长的刚性细杆，下弦跨中设置一道通长的柔性细。2杆。在下弦两端设纵向水平支撑。支撑的布置见图
'. . 图2 支撑的布置图 4.檩条布置 檩条设置在屋架上弦的每个节点上，间距1.866m。因屋架间距为6m，所以在檩条跨中设一道直拉条。在屋脊和屋檐分别设置斜拉条和撑杆。 荷载标准值5.35.31kN6=×6×=0.51.77××=0.5×1.866P上弦节点恒
荷载标准值110√3×61.866×0.35=60.35=×1.77×=3.72kN×P上弦 节点雪荷载标准值210√3 由檩条传给屋架上弦节点的恒荷载如图 上弦节点恒荷载图3 由檩条传给屋架上弦节点的雪荷载如图4 '. . 图4 上弦节点雪荷载 6.内力组合 内力组合见表—1
梯形钢屋架设计（21m 跨） 一、设计资料 某地区某金工车间。采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架。跨度为21 m ，柱距6 m ,厂房长度为144 m ，厂房高度为15.7 m 。车间内设有两台150/520 kN 中级工作制吊车，计算温度高于 -20 ℃。采用三毡四油防水屋面上铺小石子设计荷载标准值0.4 kN/m 2，水泥砂浆找平层设计荷载标准值0.4 kN/m 2，泡沫混凝土保温层设计荷载标准值0.1 kN/m 2，水泥砂浆找平层设计荷载标准值0.5 kN/m 2， 1.5 m ×6.0 m 预应力混凝土大型屋面板设计荷载标准值1.4 kN/m 2。屋面积灰荷载0.35 kN/m 2，屋面活荷载0.35 kN/m 2，雪荷载为0.45 kN/m 2，风荷载为0.5 kN/m 2。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，柱截面为400 mm ×400 mm ，砼标号为C20。 二、屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置 1、钢材及焊条选择 根据建造地区（北京）的计算温度和荷载性质及连接方法，钢材选用Q235-B 。焊条采用E43型，手工焊。 2、屋架形式及尺寸 本设计采用无檩屋盖，i ＝1/10，采用梯形屋架。 屋架跨度为L =21000 mm 屋架计算跨度为0L ＝L -300＝20700 mm ， 端部高度取0H ＝2000 mm ，（1/16 ～ 1/12）L ，（通常取为2.0 ～2.5 m ） 中部高度取H ＝0H +0.5i L ＝2000 + 0.1×21000/2＝3050 mm ， 屋架杆件几何长度见附图1所示，屋架跨中起拱42 mm （f = L /500考虑）。 为使屋架上弦承受节点荷载，配合宽度为1.5 m 的屋面板，采用上弦节间长度为3.0 m 。
普通钢屋架设计 --------焊接梯形钢屋架设计 －、设计资料 1、某一单层单跨工业厂房，总长度为102m，跨度为24m。 2、厂房柱距6m，钢筋混凝土柱，混凝土的强度等级C20，柱头截面为400mm×400mm， 屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。 3、车间设有两台中级工作制桥式吊车，一台150T，一台30T，吊车平台标高+12.000m。 4、荷载标准值（按水平投影面计）： （1）永久荷载：二毡三油（上铺绿豆砂）防水层0.4 KN/ m 水泥砂浆找平层0.4 KN/ m2 保温层0.5 KN/ m2 一毡二油隔气层0.05 KN/ m2 预应力混凝土大型屋面板 1.4 KN/ m2 屋架及支撑自重0.384KN/m2 （2）可变荷载：屋面活荷载标准值0.7KN/ m2 荷载标准值 0.35 K N/ m2 积灰荷载标准值 1.3KN/ m2 5．屋架计算跨度，几何尺寸及屋面坡度如图所示 由上图可知：屋架的计算跨度：Lo=24000－2×150=23700mm，端部高度：h=1990mm（轴线处）。 6、钢材Q235钢、角钢、钢板各种规格齐全；有各种类型的焊条和C级螺栓可供用。
7、钢屋架的制造、运输和安装条件：在金属结构厂制造，运往工地安装，最大的运输长度16m， 运输高度3.85m，工地有足够的起重安装条件。 二、设计内容 一）、屋盖的支撑系统布置 （1）屋架上弦支撑系统的具体布置 对上弦平面，横向支撑应设置在房屋两端的第一个柱间内，为了增加屋盖的刚性，两道横向支撑的间距不宜超过60m。所以在屋盖中间应设置一道横向支撑，由于屋架跨度L≤30m应在屋架中坚和两端设置垂直支撑，无垂直支撑的其他柱间的屋架点间应设纵向系杆与之相连。上弦支撑具体布置图如下 （2）下弦平面支撑系统布置 同上弦平面支撑一样，设置相应的横向支撑、垂直支撑和系杆，加之纵向支撑一般设在屋架两端的节点间处，仅当房屋的跨度和高度较大、或房屋为厂房并设有壁行吊车或有较大震动设备，因而对房屋的整体刚度要求较高时设置之，对梯形屋架一般设置在下弦平面。其具体支撑布置如下：
－、设计资料 1、某工厂车间，采用梯形钢屋架无檩屋盖方案，厂房跨度取27m，长度为102m，柱距6m。采用1.5m×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，保温层、找平层及防水层自重标准值为1.3kN/m2。屋面活荷载标准值为0.5kN/m2，雪荷载标准值0.5kN/m2，积灰荷载标准值为0.6kN/m2，轴线处屋架端高为1.90m，屋面坡度为i=1/12，屋架铰接支承在钢筋混凝土柱上，上柱截面400mm×400mm，混凝土标号为C25。钢材采用Q235B级，焊条采用E43型。 2、屋架计算跨度： Lo=27m－2×0.15m=26.7m 3、跨中及端部高度： 端部高度：h′=1900mm（端部轴线处），h=1915mm（端部计算处）。 屋架中间高度h=3025mm。 二、结构形式与布置 屋架形式及几何尺寸如图一所示: 2、荷载组合 设计桁架时，应考虑以下三种组合： ①全跨永久荷载+全跨可变荷载 (按永久荷载为主控制的组合) ：全跨节点荷 载设计值：F=(1.35×3.12+1.4×0.7×0.5+1.4×0.9×0.6) ×1.5×6 =49.122kN 图三桁架计算简图 本设计采用程序计算结构在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表一。
1、上弦杆： 整个上弦杆采用相等截面，按最大设计内力IJ 、JK 计算，根据表得： N = -1139.63KN ，屋架平面内计算长度为节间轴线长度，即：ox l =1355mm ,本屋架为无檩体系，认为大型屋面板只起刚性系杆作用，不起支撑作用，根据支撑布置和内力变化情况，取屋架平面外计算长度oy l 为支撑点间的距离，即： oy l =3ox l =4065mm 。根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并，如图四所示： 图四 上弦杆
一、课程设计名称 梯形钢屋架设计 二、课程设计资料 北京地区某金工车间，采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架。跨度为27m，柱距6m，厂房高度为15.7m，长度为156m。车间内设有两台200/50kN中级工作制吊车，计算温度高于-20℃。采用三毡四油，上铺小石子防水屋面，水泥砂浆找平层，厚泡沫混凝土保温层，1.5m×6m预应力混凝土大型屋面板。屋面积灰荷载为0.4kN/㎡，屋面活荷载为0.4kN/㎡，雪荷载为0.4kN/㎡，风荷载为0.45 kN/㎡。屋架铰支在钢筋混凝土柱上，柱截面为400mm×400mm，混凝土标号为C20。 设计荷载标准值见表1（单位：kN/㎡）。 三、钢材和焊条的选用 根据北京地区的计算温度、荷载性质和连接方法，屋架刚材采用 Q235沸腾钢，要求保证屈服强度 fy、抗拉强度 fu、伸长率δ和冷弯实验四项机械性能及硫（S）、磷（P）、碳（C）三项化学成分的合格含量。焊条采用 E43型，手工焊。
四、 屋架形式和几何尺寸 屋面材料为预应力混凝土大型屋面板，采用无檩屋盖体系，平坡梯形钢屋架。屋面坡度。10/1=i 屋架计算跨度。mm l l 2670015022700015020=?-=?-= 屋架端部高度取：mm H 20000=。 跨中高度：mm i l H 335033351.02/2670020002 H 0 0≈=?+=?+=。 屋架高跨比： .812670033500==l H 。 屋架跨中起拱,54500/mm l f ==取50 mm 。 为了使屋架节点受荷,配合屋面板1.5m 宽，腹杆体系大部分采用下弦节间水平尺寸为3.0m 的人字形式，上弦节间水平尺寸为 1.5m ，屋架几何尺寸如图 1 所示。 图1：27米跨屋架几何尺寸 五、 屋盖支撑布置 根据车间长度、跨度及荷载情况，在车间两端 5.5m 开间内布置上下弦横
一由设计任务书可知： 厂房总长为120m，柱距6m，跨度为24m，屋架端部高度为2m，车间内设有两台中级工作制吊车，该地区冬季最低温度为-22℃。暂不考虑地震设防。 屋面采用1.5m×6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:10。卷材防水层面（上铺120mm 泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层）。屋面活荷载标准值为0.7KN/㎡，雪荷载标准值为0.4KN/㎡，积灰荷载标准值为0.5KN/㎡。 屋架采用梯形钢屋架，钢屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20. 二选材： 根据该地区温度及荷载性质，钢材采用Q235-C。其设计强度为215KN/㎡,焊条采用E43型，手工焊接，构件采用钢板及热轧钢筋，构件与支撑的连接用M20普通螺栓。 屋架的计算跨度L。=24000-2×150=23700，端部高度：h=2000mm(轴线处)，h=2150(计算跨度处)。 三结构形式与布置： 屋架形式及几何尺寸见图1所示： 图1 屋架支撑布置见图2所示：
图2 四荷载与内力计算： 1．荷载计算： 活荷载于雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。 永久荷载标准值： 防水层（三毡四油上铺小石子）0.35KN/㎡找平层（20mm厚水泥砂浆）0.02×20=0.40 KN/㎡保温层（40mm厚泡沫混凝土0.25 KN/㎡预应力混凝土大型屋面板 1.4 KN/㎡钢屋架和支撑自重0.12+0.011×24=0.384 KN/㎡ 总计：2.784 KN/㎡可变荷载标准值： 雪荷载＜屋面活荷载（取两者较大值）0.7KN/㎡积灰荷载0.5KN/㎡风载为吸力，起卸载作用，一般不予考虑。 总计：1.2 KN/㎡永久荷载设计值 1.2×2.784 KN/㎡=3.3408KN/㎡可变荷载设计值 1.4×1.2KN/㎡=1.68KN/㎡2．荷载组合： 设计屋架时应考虑以下三种组合： 组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载 屋架上弦荷载P=(3.3408KN/㎡+1.68KN/㎡) ×1.5×6=45.1872KN 组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载 屋架上弦荷载P1=3.3408KN/㎡×1.5×6=30.07KN P2=1.68KN/㎡×1.5×6=15.12KN 组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板自重+半跨屋面活荷载
第28讲 普通钢屋架设计（2） 1、屋架杆件平面内计算长度怎样取值？ 答： 上下弦杆、支座斜杆和支座竖杆在屋架平面内的计算长度取节间距离，即l 0x =l ，其他腹杆，计算长度取l 0x =0.8l 。 2、屋架杆件平面外计算长度怎样取值？ 答： ⑴弦杆: l oy =l 1 （侧向支撑点间距离）； ①有檩屋盖：取水平支撑节点间长度；取檩条间距（檩条与横向水平支撑节点用板连牢时） ②无檩屋盖：两块大型屋面板的间距； ⑵ 腹杆: l oy =l （节间长度） 3、何谓“等强设计”？ 答： 压杆对截面两主轴具有相等或接近的稳定性， 。 4、为什么梯形钢屋架上下弦杆宜采用不等肢角钢短肢相并的截面形式，而中间腹杆宜采用等肢角钢相并的截面形式？ 答： 当无局部弯矩且为一般支撑布置情况时，屋架平面外计算长度为屋架平面内计算长度的两倍，即 ，要使 ，须使 ，因此宜采用不等肢角钢短肢相并的截面 形式。中间腹杆，屋架平面外计算长度 ，要求 ，因此中间腹杆宜采用等肢角钢相并的截面形式。 5、简述梯形屋架中杆件垫板的作用和布置原则。 答： 保证组成屋架杆件的两个单枝共同工作。 布置原则：由双角钢组成的T 形或十字形截面的杆件，为了保证两个角钢共同工作，应每隔一定距离在两角钢相并肢之间焊上垫板，垫板厚度与节点板厚度相同，垫板的宽度一般取50~80mm ，垫板的长度比角钢肢宽大15~20mm ，以便与角钢连接。在十字形双角钢杆件中垫板应横竖交错放置。垫板间距，对压杆取d l ≦40i ，拉杆取d l ≦80i ，在T 形截面中i 为一个角钢对平行于垫板自身重心轴的回转半径，在十字形截面中为一个角钢的最小回转半径。在杆件的两个侧向固定点之间至少设置两块垫板，如果只在杆件中央设置一块垫板，则由于垫板处剪力为零而不起作用。 ox y 02l l =y x λλ=y x 2i i =ox y 025.1l l =y x 1.25i i ≈()x y yz λλλ=
梯形钢屋架课程设计计算书 1．设计资料： 1、车间柱网布置：长度90m ；柱距6m ；跨度18m 2、屋面坡度：1：10 3、屋面材料：预应力大型屋面板 4、荷载 1）静载：屋架及支撑自重0.45KN/m2;屋面防水层0.4KN/m2；找平层0.4KN/m2;大型屋面板自重（包括灌缝）1.4KN/m2。 2）活载：屋面雪荷载0.3KN/m2；屋面检修荷载0.5KN/m2 5、材质Q235B钢，焊条E43XX系列，手工焊。 2 . 结构形式与选型 屋架形式及几何尺寸如图所示 根据厂房长度(90m>60m)、跨度及荷载情况，设置上弦横向水平支撑3道，下弦由于跨度为18m故不设下弦支撑。 梯形钢屋架支撑布置如图所示：
3 . 荷载计算 屋面活荷载0.7KN/m2进行计算。荷载计算表
1、全跨永久荷载1F ＋全跨可变荷载2F 2、全跨永久荷载1F ＋半跨可变荷载2F 3、全跨屋架（包括支撑）自重3F ＋半跨屋面板自重4F ＋半跨屋面活荷载2F 4. 内力计算 计算简图如下 (c) (b) (a) 2 F /22 3//3F 22/F 4 2F /F 1/2/22 1// 2 2/4
5. 杆件设计 1、 上弦杆 整个上弦采用等截面，按FG 杆件的最大设计内力设计，即N=－210.32KN 上弦杆计算长度： 在屋架平面内：0x 0l l 1.508m ==，0y l 2 1.508 3.016m ==× 上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。 腹杆最大内力N=－115.16 KN ，中间节点板厚度选用6mm ，支座节点板厚度选用8mm 设λ＝60，υ＝0.807，截面积为3 2N 210.3210A 1327.4mm f 0.807215 =××＝＝υ
1.设计资料 某车间厂房总长度约为108米,跨度为18m。车间设有两台30吨中级工作制吊车。车间无腐蚀性的介质。该车间为单跨双坡封闭式厂房,屋架采用三角形豪式钢屋架。屋面坡度为1：3，屋架间距为6m,屋架下弦标高为9米，其两端铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面尺寸为 ,混泥土强度等级为C20。屋面采用彩色压型钢屋板加保温层屋面，C型檩条，檩距为1.5～2.1米。结构的重要度系数为，屋面的恒荷载的标准值为。屋面 的活荷载为，雪荷载为，不考虑积灰荷载、风荷载，不考虑全跨荷载积雪不均匀分布状况。屋架采用Q235B，焊条采用E43型。 2.屋架形式及几何尺寸 屋架形式及几何尺寸如图檩条支承于屋架上弦节点。屋架坡角为,檩距为 1.866m。 图1 屋架形式和几何尺寸 3.支撑的布置 上、下弦横向水平支撑设置在厂房两端和中部的同一柱间，并在相应开间的屋架跨中设置垂直支撑，在其余开间的屋架上弦跨中设置一道通长的刚性细杆，下弦跨中设置一道通长的柔性细杆。在下弦两端设纵向水平支撑。支撑的布置见图2。
图2 支撑的布置图 4.檩条布置 檩条设置在屋架上弦的每个节点上，间距1.866m。因屋架间距为6m，所以在檩条跨中设一道直拉条。在屋脊和屋檐分别设置斜拉条和撑杆。
5.荷载标准值 上弦节点恒荷载标准值 上弦节点雪荷载标准值 由檩条传给屋架上弦节点的恒荷载如图3 图3 上弦节点恒荷载由檩条传给屋架上弦节点的雪荷载如图4 图4 上弦节点雪荷载6.内力组合 内力组合见表—1 杆件名称杆件编 号 恒荷载及雪荷载半跨雪荷载内力组合最不利 荷载 （kN）内力 系数 恒载 内力 （kN） 雪载 内力 （kN） 内力 系数 半跨雪 载内力 （kN） 1.2恒+ 1.4雪 （kN） 1.2恒+ 1.4半跨 雪（kN）123452+32+5 上弦杆1-2-14.23-75.56 -52.94 -10.28-38.24 -164.78 -144.21 -164.78 2-3-12.65-67.17 -47.06 -8.7-32.36 -146.49 -125.92 -146.49 3-4-11.07-58.78 -41.18 -7.11-26.45 -128.19 -107.57 -128.19 4-5-9.49-50.39 -35.30 -5.53-20.57 -109.89 -89.27 -109.89 5-6-7.91-42.00 -29.43 -3.95-14.69 -91.60 -70.97 -91.60 下弦杆1-713.571.69 50.22 9.7536.27 156.33 136.8 156.33 7-813.571.69 50.22 9.7536.27 156.33 136.8 156.33 8-91263.72 44.64 8.2530.69 138.96 119.43 138.96 9-1010.555.76 39.06 6.7525.11 121.59 102.06 121.59 10-11947.79 33.48 5.2519.53 104.22 84.69 104.22
普通钢屋架设计 普通钢屋架设计 一.设计资料 某车间跨度30m,长度90m，柱距6m,车间设有30/5t中级制桥式吊车，使用温度-29℃，采用1.5*6.0m预应力混凝土钢筋大型屋面板，10cm厚沥青珍珠岩保温层，卷材屋面，屋 面坡度1/10，屋架支撑在钢筋混凝土柱上，上截面400*400mm，混凝土型号C20 二.屋架形势，尺寸及支撑布局 1.据题参数使用温度为-29℃，连接方法及载荷性质，屋架钢材选用Q235,焊条选 E4303型，手工焊 2.屋面材料为预应力混凝土大型层面板，所以采用无檀层盖体系，平缓坡度形钢屋架 i=1/10.屋架计算跨度L0=L-2*150=29700mm 端部高度取h0=2000mm 所以得屋架高度比;h/l0=3485/29750≈1/8.55 3.屋架示意图 这种设计坡度平缓，适合大型面板，其外型接近弯矩图，因而弦杆内力沿跨度分布较 均匀，屋架的下弦间距做成3m，大型局面板为1.5m，为避免上弦承受局部弯矩，所以采 用再分式腹杆，将节间距做成1.5m，使屋架上弦节点受到载荷，在跨中考虑到腹杆的适宜倾角，采用再分杆式，由屋架跨度大，为避免挠度破坏，跨中拱起60mm（L/500） 三.载荷和内力计算 恒载：两毡三油防水层 0.35KN/mm2 找平层，20mm厚水泥砂浆， 20*0.02=0.4KN/mm2 保温层，100厚沥青珍珠岩 0.3KN/mm2 预应力钢筋混凝土大型层面板包括灌封：1.4KN/m2 屋架和支撑自重： g=0.117+0.011*30=0.45KN/m2 以上恒载总计为：0.35+0.4+0.3+1.4+0.45=2.9KN/m2 分项系数*1.2得3.48KN/m2 可变载荷：屋面活载荷：0.5KN/m2 积灰载荷：1.00KN/m2 总计：1.5KN/m2 分项系数*1.4得2.1KN/m2 雪载荷：0.45KN/m2
钢结构课程设计 －、设计资料 1、已知条件：梯形钢屋架跨度33m，长度120m，柱距6m。屋架铰接于混凝土柱上，屋面采用单层彩色钢板波形瓦，屋面坡度i＝1/10。屋面活荷载标准值为0.7 kN/m2，屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400 mm×400 mm，混凝土标号为C20。钢材采用Q345B级，焊条采用E50型。 2、屋架计算跨度： Lo=33－2×0.15=32.7m， 3、跨中及端部高度： 端部高度：h`=1900mm（轴线处），h=1915mm（计算跨度处）。 屋架的中间高度h=3400mm，屋架跨中起拱按Lo/500考虑，取60mm。 二、结构形式与布置 图1 屋架形式及几何尺寸
符号说明：GWJ-（钢屋架）；SC-（上弦支撑）：XC-（下弦支撑）； CC-（垂直支撑）；GG-（刚性系杆）；LG-（柔性系杆） 图2 屋架支撑布置图 三、荷载与内力计算 1.荷载计算 荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。 永久荷载标准值 钢屋架和支撑自重0.12+0.011×30=0.45kN/㎡单层彩色钢板波形瓦0.12kN/㎡ 总计0.57kN/㎡` 可变荷载标准值 屋面活荷载0.70 kN/㎡ 总计0.7kN/㎡ 永久荷载设计值 1.2×0.57=0.684kN/㎡ 可变荷载设计值 1.4×0.7=0.98kN/㎡ 2.荷载组合 设计屋架时，应考虑以下三种组合： 全跨永久荷载+全跨可变荷载 全跨节点永久荷载及可变荷载：F=(0.684+0.98) ×1.5×6=14.97kN ②全跨永久荷载+半跨可变荷载 全跨节点永久荷载：F1=0.684×1.5×6=6.156kN 半跨节点可变荷载：F2=0.98×1.5×6=8.82 kN
钢结构课程设计任务书 姓名：杨文博学号：A13110059 指导教师：王洪涛
目录 1、设计资料 0 1.1结构形式 (2) 1.2屋架形式及选材 (2) 1.3荷载标准值（水平投影面计） (2) 2、支撑布置 (2) 2.1桁架形式及几何尺寸布置 (2) 2.2桁架支撑布置如图 (3) 3、荷载计算 (5) 4、内力计算 (5) 5、杆件设计 (8) 5.1上弦杆 (8) 5.2下弦杆 (9) 5.3端斜杆A B (9) 5.4腹杆 (11) 5.5竖杆 (16) 5.6其余各杆件的截面 (16) 6、节点设计 (20) 6.1下弦节点“C” (20) 6.2上弦节点“B” (21) 6.3屋脊节点“H” (22) 6.4支座节点“A” (23) 6.5下弦中央节点“H” (23) 参考文献 (27) 图纸 (27)
1、设计资料 1.1、结构形式 某厂房跨度为24m，总长90m，柱距6m，采用梯形钢屋架、1.5×6.0m预应力混凝土大型屋面板，屋架铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400×400，混凝土强度等级为C25，屋面坡度为10 = i。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为7 :1 度，屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制），锻锤为2台5t。 1.2、屋架形式及选材 屋架跨度为24m，屋架形式、几何尺寸及内力系数如附图所示。屋架采用的钢材及焊条为：设计方案采用235B钢，焊条为E43型。 1.3、荷载标准值（水平投影面计） ①永久荷载： 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层0.4 kN/m2 20厚水泥砂浆找平层0.4 kN/m2 100厚加气混凝土保温层0.6kN/m2 一毡二油隔气层0.05kN/m2 预应力混凝土大屋面板（加灌缝） 1.4kN/m2 屋架及支撑自重(按经验公式L .0+ =计算) 0.384 KN/m2 12 .0 q011 ②可变荷载： 屋面活荷载标准值： 0.8 KN/m2 雪荷载标准值： 0.5 KN/m2 积灰荷载标准值： 0.7 KN/m2 2、支撑布置 2.1桁架形式及几何尺寸布置